組合式鋼筋穿陶土磚孔飾面墻施工關鍵技術

萬明禮 戴連雙 曹良卿 司永波 高寶永

中國新興建筑工程有限責任公司 北京 100009

1 工程概況

北京航天城學校新建工程項目建筑面積80 893 m2，結構形式為框架結構，由小學樓、中學樓、綜合樓、生活服務樓4個單體組成，小學樓、中學樓、綜合樓為4層，高度為17.7 m，生活服務樓為5層，高度為21 m。

本工程外墻設計為裝飾磚飾面墻，層間為豎向排磚，其余部位為橫向排磚，裝飾磚上、下錯位布置，采用標準磚尺寸為240 mmh 115 mmh 53 mm（中間設置有3個直徑40 mm圓孔，孔內灌注細石混凝土）；通過在建筑外圍護墻體施工時預留拉結筋以及在混凝土構件處植入鋼筋，連接外層裝飾磚。該方法外墻自重較大，砌體與結構之間拉結固定不穩(wěn)固，結構安全存在隱患；并且砌筑施工量大，圓孔內灌注混凝土施工不易操作，密實度難以保證，尤其是豎向磚砌筑施工不方便，工效低。

為解決裝飾磚飾面墻施工技術弊端，降低外墻自重，保證結構安全，提高工效，滿足質量、安全、效益方面的需求，為建筑施工提供先進的施工技術，達到磚飾面墻施工質量可靠、安全牢固、節(jié)約成本、綠色環(huán)保的目的，對裝飾磚飾面墻施工技術進行研究。

2 技術方案的研究與選擇

2.1 理論分析

方案一：通過設置豎向和橫向龍骨體系與混凝土結構連接，將裝飾磚砌體砌筑于水平龍骨托架上，并且根據砌筑皮數設置拉結筋與結構連接固定，陶土磚孔內灌注混凝土增加磚體穩(wěn)定性。

方案二：借鑒陶土板幕墻施工工藝，可以通過埋件、轉接件和豎向龍骨實現陶土磚安裝體系與結構固定；借鑒新型算盤的采用檔、框、梁組合形成固定結構，上珠和下珠穿過檔的制作原理，可以通過水平次龍骨與豎向主龍骨進行連接，水平穿孔緊固角鋼、豎向穿孔鋼筋焊接形成網狀結構對磚體進行定位，陶土磚穿過鋼筋依次進行安裝；響應裝配式的施工理念，層間豎向磚體可以變豎向為橫向在地上預制加工，成形模塊在墻上進行單元式拼裝。

經現場試驗，從構件組成、經濟性、安全性、時間性等方面分析，因裝飾磚荷載較大，為保證結構安全，避免整體變形，方案一要減小豎向龍骨和橫向龍骨設計間距，造成材料浪費，并且砌筑施工工效較低，浪費人工；方案二通過龍骨骨架、穿孔鋼筋實現了陶土磚與結構固定，水平穿孔緊固角鋼、豎向穿孔鋼筋焊接形成網狀結構實現了磚體緊固；豎向磚采用預制拼裝技術施工較為方便，因此選定方案二。

2.2 技術方案的研究選定

2.2.1 非標準陶土磚設計

采用230 mm長h 40 mm寬h 50 mm高非標準陶土磚，自重較輕，實現了減輕結構自重目的；在陶土磚中心設置一個垂直于砌面的定位孔，在飾面磚長度方向的定位孔兩側分別設置對稱的長條形穿孔，用于穿過鋼筋。

2.2.2 鋼筋間距選定

陶土磚長度方向尺寸為230 mm，豎向灰縫寬度為10 mm，相鄰上下2排陶土磚豎向灰縫錯縫間距為120 mm，每塊陶土磚穿過2根豎向鋼筋，為保證鋼筋骨架不易變形，鋼筋間距選定為120 mm。

2.2.3 組合固定連接方法

采用膨脹螺栓將成品埋件與原結構連接固定，轉接件與埋件之間焊接固定，豎向主龍骨與每層頂、底埋件點焊固定，最后與墻身混凝土上轉接件滿焊固定，保證豎向主龍骨與結構進行可靠連接，水平次龍骨（角鋼托板）與豎向主龍骨連接，豎向鋼筋與水平次龍骨穿孔焊接固定，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋焊接形成網狀結構對磚體定位，陶土磚通過兩側設置的長條形穿孔依次穿過鋼筋，實現陶土磚與結構連接固定。

2.2.4 層間豎向磚模塊化加工

采用鍍鋅方管、鍍鋅角鋼制作層間豎向磚模塊預制加工工具，將豎向穿孔鋼筋與穿孔鍍鋅角鋼焊接形成預制豎向模塊鋼骨架，然后將鋼骨架與加工工具固定，陶土磚通過定位孔兩側設置的長條形穿孔穿過鋼筋，橫向水平相互鋪裝以及豎向逐層穿孔安裝，完成豎向磚模塊加工。

2.2.5 層間豎向磚單元式拼裝技術

豎向模塊預制完成后，可在外立面進行拼裝，豎向模塊通過角鋼轉接件與頂、底水平次龍骨焊接固定，水平次龍骨與豎向主龍骨焊接固定，與結構墻體形成可靠連接。通過封邊角鋼上鋼筋穿孔點將相鄰豎向模塊焊接固定。

2.2.6 橫向磚與層間豎向磚之間嵌縫

橫向磚與層間豎向磚之間采用鋁板裝飾線嵌縫。

2.2.7 防銹控制技術

陶土磚體形成閉合，陶土磚之間采用耐久耐候防水砂漿勾縫；焊接點涂刷防銹漆；層間豎向預制模塊之間采用耐久耐候防水、防霉勾縫劑進行勾縫。

3 關鍵技術原理及安全性分析

豎向主龍骨通過埋件、轉接件與結構進行連接，水平次龍骨（角鋼托板）與豎向主龍骨連接，豎向鋼筋與水平次龍骨穿孔焊接固定，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋形成網狀結構對磚體進行定位，橫向磚通過磚孔依次穿過豎向鋼筋安裝。層間豎向磚采用模塊化預制加工，單元式拼裝施工方法，豎向模塊封邊龍骨與水平龍骨焊接固定，相鄰豎向模塊之間通過封邊龍骨焊接固定。橫向磚與層間豎向磚之間采用裝飾線嵌縫，形成整個陶土磚飾面外墻系統(tǒng)。

通過將主要受力點的埋件設置于結構上，作為龍骨的主要受力基座，再通過主次龍骨將磚砌體荷載傳遞至結構上，龍骨主要起到承托陶土磚體及分散受力的作用，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋形成網狀結構定位固定磚體，使陶土磚體與龍骨骨架、網狀結構形成一體，將荷載分散傳遞至建筑結構，保證結構體系安全穩(wěn)固[1-2]。

該技術具有以下核心技術要點：

1）變更標準磚尺寸，創(chuàng)新采用230 mmh 40 mmh 50 mm非標準三孔陶土磚，降低外飾面墻自重，保證結構安全。

2）改變傳統(tǒng)通過拉結筋連接內層墻體與外層裝飾磚的施工方法；創(chuàng)新采用鋼筋穿陶土磚孔安裝，水平穿孔緊固角鋼與豎向鋼筋形成網狀結構定位加固磚體技術。

3）借鑒幕墻安裝工藝原理，主次龍骨通過埋件與結構連接，豎向鋼筋與水平次龍骨穿孔焊接固定，陶土磚體與龍骨骨架、網狀結構形成一體，通過結構挑檐與水平次龍骨實現逐層卸荷，荷載傳遞清晰、合理，體系穩(wěn)固。

4）層間豎向磚采用模塊化預制加工，單元式拼裝方法，施工方便，綠色環(huán)保。

建立組合式鋼筋穿陶土磚飾面墻系統(tǒng)有限元模型，模型主要分為5個部分，即：混凝土梁結構；混凝土梁內部主筋及箍筋體系；與結構連接主龍骨及次龍骨體系；結構墻體；外掛陶土磚體系。具體如圖1所示。

圖1 組合式鋼筋穿陶土磚飾面墻系統(tǒng)結構

外墻整體荷載為12 kN/m，計算模型每跨9 m，共計算3跨，因此梁上部總荷載為324 000 N，模型還受到重力作用，重力加速度設置為9.8 N·m/s2。

從3跨結構的整體Mises應力云圖（圖2）中可以看出，Mises應力最大值為22.5 MPa，出現在左起第5根鋼筋底部處，遠小于鋼筋360 MPa的屈服強度，結構安全。

圖2 結構Mises應力云圖

從結構的等效塑性應變云圖（圖3）中可以看出，等效塑性應變云圖數值都為0，表明鋼筋沒有發(fā)生屈服，混凝土沒有達到極限強度，結構安全。

圖3 結構等效塑性應變云圖

從結構的位移云圖（圖4）中可以看出，位移主要集中于混凝土梁的每跨中部，最大位移為0.42 mm，在允許撓度范圍內。

圖4 結構位移云圖

4 施工操作要點

4.1 外墻磚排版設計

根據外墻立面尺寸、構造、磚塊模數，以陽角基線為準向兩側排磚，進行整體排版設計，大墻面為橫向排磚，層間為豎向排磚，陶土磚上、下之間錯位布置。在細部排版過程中考慮洞口大小的制約，層間豎向部位磚體排版應對不同尺寸單元模塊進行編號；非整磚部位在滿足最小灰縫寬度的前提下，可以將其中一個方向的灰縫適當進行調整，達到整齊效果。

4.2 基層處理、定位放線

結構驗收完成后，將外墻基層上殘留的砂漿、灰塵、污垢、油漬等用砂輪機、鋼刷打磨清除干凈，在外墻挑檐及墻身混凝土上放出埋件安裝控制線。

4.3 大面墻體橫向磚安裝施工

4.3.1 埋件及轉接件安裝

埋件為成品鍍鋅鋼板（200 mmh 300 mmh 8 mm），間距為1 100 mm，轉接件為鍍鋅直角形鋼板（75 mmh 60 mmh 8 mm）；在內層圍護結構砌筑施工階段，通過策劃，提前布置構造柱和水平系梁；采用膨脹螺栓（M12 mmh 120 mm）與結構連接固定；轉接件與埋件之間焊接固定，焊接點涂刷防銹漆。

4.3.2 豎向主龍骨安裝

豎向主龍骨為鍍鋅方管（120 mmh 60 mmh 8 mm）。先將豎向主龍骨與每層頂、底埋件點焊固定，待吊線校核垂直后滿焊固定，最后與墻身混凝土上轉接件滿焊固定，焊接點涂刷防銹漆。豎向主龍骨間距為1 100 mm（圖5）。

圖5 豎向主龍骨安裝

4.3.3 外墻保溫施工

豎向主龍骨安裝完成后采用黏結砂漿黏結保溫板，保溫板用錨栓與結構固定。

4.3.4 底層水平次龍骨安裝

底層水平次龍骨為鍍鋅角鋼（75 mmh 60 mmh 8 mm），起橫向托板作用。彈出底層水平安裝水平控制線，根據所彈控制線將底層水平次龍骨與豎向主龍骨焊接固定，焊接點涂刷防銹漆。

4.3.5 豎向穿孔鋼筋安裝

在底層水平次龍骨上測量定位豎向穿孔鋼筋（φ8 mm）的安裝位置，鋼筋間距為陶土磚孔的中心間距，將豎向穿孔鋼筋與底層水平次龍骨焊接固定，焊接點涂刷防銹漆（圖6）。

圖6 豎向穿孔鋼筋安裝

4.3.6 陶土磚安裝

豎向鋼筋焊接完成后，陶土磚通過定位孔兩側設置的長條形孔穿過鋼筋，橫向水平錯縫砌筑安裝、豎向逐層穿孔安裝，豎向鋼筋采用焊接方式接長。

陶土磚安裝時鋪漿長度不得大于3塊磚長度，隨安裝隨拉線控制水平灰縫厚度，安裝時以陶土磚長條形穿孔中砂漿飽滿溢出為止，保證砂漿擠壓密實。豎向灰縫寬度通過陶土磚中間圓形定位孔間距進行控制。磚體之間確保砂漿飽滿，采用耐候耐久防水砂漿勾縫處理。

橫向陶土磚安裝施工時，每安裝600 mm高磚體，安裝一道水平穿孔緊固角鋼（30 mmh 30 mmh 4 mm鍍鋅角鋼），與豎向鋼筋形成網狀結構定位加固磚體，并且每800 mm高安裝一道水平次龍骨（鍍鋅通長角鋼托板）與豎向主龍骨焊接固定。水平次龍骨和水平緊固角鋼孔距為豎向鋼筋間距。待陶土磚安裝至橫向磚與層間豎向磚間裝飾線部位時，焊接固定頂層水平次龍骨，切除頂層水平次龍骨上部鋼筋，將鋼筋與次龍骨焊接固定，橫向磚安裝完成（圖7）。

圖7 橫向磚安裝

4.4 層間轉換豎向磚安裝施工

4.4.1 預制加工工具制作

采用鍍鋅方管、鍍鋅角鋼制作層間豎向磚模塊預制加工工具，在豎向方管立柱上刻制出每一層陶土磚灰縫刻度線，以此來保證豎向模塊加工尺寸以及灰縫厚度。2個立柱之間的距離為模塊長度L，頂層刻度線與底座之間的距離為模塊高度H。

4.4.2 預制豎向模塊鋼骨架與加工工具固定

將豎向穿孔鋼筋與穿孔鍍鋅角鋼焊接形成預制豎向模塊鋼骨架，然后將鋼骨架與加工工具固定（圖8）。

圖8 豎向模塊鋼骨架

4.4.3 陶土磚安裝，形成預制模塊

豎向變橫向在地上預制加工，陶土磚通過定位孔穿過鋼筋砌筑安裝，安裝方式同橫向磚安裝方式。

陶土磚安裝至層間高度時，安裝上部封邊穿孔角鋼，將豎向磚預制模塊與加工工具分離，待砂漿達到一定強度后，切除外露豎向鋼筋，將豎向鋼筋與穿孔角鋼焊接固定（圖9）。

圖9 預制豎向模塊

4.4.4 單元式拼裝

豎向模塊預制完成后，在外立面進行拼裝。豎向模塊通過角鋼轉接件與頂、底水平次龍骨焊接固定。先點焊模塊底部角鋼（30 mmh 30 mmh 4 mm），對相鄰豎向模塊順直度、垂直度、平整度進行調整，確保其在同一個水平面上，調整完畢后將頂部及底部滿焊固定。相鄰豎向模塊間焊接固定，焊接點為封邊角鋼上鋼筋穿孔點（圖10）。

圖10 豎向模塊拼裝

4.5 裝飾線安裝

裝飾線橫向設置于橫向磚與層間豎向磚之間，將鋁板裝飾線與豎向模塊封邊龍骨、水平次龍骨連接固定。

4.6 打膠勾縫及清理

橫向磚與豎向磚裝飾線處采用耐久耐候密封膠密封，豎向模塊之間以及磚體之間選用耐久耐候防水、防霉勾縫劑進行勾縫，整體墻面施工完成后，進行面層清洗。

5 結語

砌塊作為外墻的裝飾材料被廣泛采用，逐漸從承重作用已經轉變?yōu)轱椕孀饔?。通過采用鋼筋穿陶土磚孔砌筑，豎向磚模塊化預制、單元式拼裝施工方法，解決了傳統(tǒng)裝飾磚飾面墻自重大、施工工效低的問題，達到與結構連接牢固的效果，既滿足了業(yè)主對工期和質量的需求，也滿足行業(yè)對新技術的需求，該技術質量可靠、安全環(huán)保、工效高、綜合效益顯著，具有廣闊的推廣應用前景。